АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТЬЮ ГИБРИДНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ АНПА

  • Н. К. Киселев АО «ЦКБ «Лазурит»
  • Л.А. Мартынова АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»
Ключевые слова: Автономный необитаемый подводный аппарат, электрическая сеть, гибридная сис- тема энергообеспечения, источники электрической энергии, токопроводы, распределительные щиты;, многоканальные преобразователи напряжения

Аннотация

Целью исследований явилось управление электрической сетью гибридной системы
энергообеспечения автономного необитаемого подводного аппарата, предназначенного для
перемещения на сверхдальние расстояния свыше десятка тысяч километров. Для преодо-
ления сверхдальних расстояний остро стоит задача минимизации удельного потребления
электроэнергии при условии обеспечения всех потребителей электроэнергией. Актуаль-
ность работы определяется новизной использования в автономных необитаемых подвод-
ных аппаратах гибридной системы энергообеспечения, состоящей из разнородных источ-
ников электроэнергии, работающих на различных физических принципах. Ввиду отсутст-
вия на сегодняшний день исследований, связанных с управлением гибридной системой энер-
гообеспечения, согласованным с режимами движения аппарата в широком диапазоне ско-
ростей, возникла задача разработки алгоритмов управления гибридной системой энерго-
обеспечения. Для решения задачи проанализированы причины изменения токопотребления
при движении аппарата, сформированы необходимые условия подключения потребителей
к токопроводам, включающие в себя обеспечение всех потребителей электроэнергией в
полном объеме, исключение превышения номинальных токов каждого токопровода токами
потребления, минимизация потерь электроэнергии при прохождении по токопроводу и
через оборудование. В связи с этим были проанализированы возможные конфигурации по-
строения электросети с использованием токопроводов и оборудования, проведены оценки
потерь на токопроводах и на используемом оборудовании. По результатам исследований
был сформирован граф подключений потребителей к токопроводам, и для определения
пути подключения каждого потребителя к источнику энергии посредством электросети
был определен путь подключения, обеспечивающий минимизацию потерь. Задача была
формализована как поиск кратчайшего пути в графе, и для ее решения в качестве основы
был использован алгоритм Дейкстры. По результатам исследований был сформирован
алгоритм формирования путей подключения потребителей к источникам электроэнергии
посредством электросети и алгоритм управления переключениями ключей в электросети
при изменении токов потребления. Разработанные алгоритмы были программно реализо-
ваны, и с использованием имитационной модели проведен численный эксперимент. Резуль-
таты эксперимента показали правильность разработанных алгоритмов, и могут быть в
дальнейшем использованы для реализации в разрабатываемых аппаратах для перемещения
на сверхдальние расстояния.

Литература

1. Appolonov E.M., Bachurin A.A., Gorokhov A.I., Ponomarev L.O. O vozmozhnosti i neobkhodimosti
sozdaniya sverkhbol'shogo neobitaemogo podvodnogo apparata [On the possibility and necessity of
creating an extra-large uninhabited underwater vehicle], Sb. materialov XIII Vserossiyskoy nauchnoprakticheskoy
konferentsii «Perspektivnye sistemy i zadachi upravleniya» [Proceedings of the XIII
All-Russian Scientific and Practical Conference "Perspective Systems and Control Problems"]. Rostov-
on-Don – Taganrog: YuFU, 2018, pp. 34-42.
2. Bozhenov Yu.A., Zaytsev A.D. Gibridnye energoustanovki avtonomnykh neobitaemykh podvodnykh
apparatov [Hybrid power plants of autonomous non-manned underwater vehicles],
Podvodnoe morskoe oruzhie [Underwater sea weapons], 2018, No. 3 (40), pp. 49-59.
3. Martynova L.A., Mashoshin A.I., Pashkevich I.V. Podkhody k otsenke effektivnosti
avtonomnogo neobitaemogo podvodnogo apparata [Approaches to assessing the effectiveness
of an autonomous unmanned underwater vehicle], Upravlenie v morskikh i aerokosmicheskikh
sistemakh (UMAS-2016) [Management in marine and aerospace systems (UMAS-2016)]. Saint
Petersburg: AO «Kontsern «TSNII «Elektropribor», 2016, pp. 205-209.
4. Bakumenko L.G., Dyadik A.N., Surin S.N. Ispol'zovanie elektrokhimicheskikh generatorov na
avtonomnykh neobitaemykh podvodnykh apparatakh [The use of electrochemical generators
on autonomous unmanned underwater vehicles], Sistemy upravleniya i obrabotki informatsii
[Control systems and information processing], 2018, Issue 1 (40), pp. 61-68.
5. Idel'chik V.I. Elektricheskie sistemy i seti: uchebnik dlya VUZov [Electrical systems and networks:
textbook for universities]. Moscow: Energoatomizdat, 1989, 952 p.
6. Kiselev N.K., Martynova L.A. Razrabotka effektivnoy gibridnoy sistemy generatsii i
raspredeleniya elektroenergii avtonomnogo neobitaemogo podvodnogo apparata [Development
of an effective hybrid system for the generation and distribution of electricity for an autonomous
unmanned underwater vehicle], Mater. konferentsii «Upravlenie v morskikh
sistemakh» (UMS-2020) [Proceedings of the conference "Management in marine systems"
(UMS-2020)], pp. 53-56.
7. Martynyuk M.V. Modeli i algoritmy intellektual'nogo upravleniya parametrami
reguliruyushchikh ustroystv v tsifrovykh elektrosetyakh: diss. … kand. tekh. nauk [Models and
algorithms for intelligent control of parameters of regulating devices in digital power grids:
cand. of eng. sc. diss.]. Nizhniy Novgorod, 2019, 190 p.
8. Martynova L.A., Rozengauz M.B. Podkhod k rekonfiguratsii sistemy upravleniya dvizheniem
avtonomnogo neobitaemogo podvodnogo apparata [Approach to the reconfiguration of the
motion control system of an autonomous unmanned underwater vehicle], Giroskopiya i
navigatsiya [Gyroscopy and Navigation], 2020, Vol. 28, No. 2 (109), pp. 131-146.
9. Martynova L.A., Mashoshin A.I., Pashkevich I.V., Sokolov A.I. Algoritmy, realizuemye
integrirovannoy sistemoy upravleniya ANPA [Algorithms implemented by the integrated control
system of AUV], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences],
2015, No. 1 (162), pp. 50-58.
10. Martynova L.A., Kiselev N.K., Bezruk G.G. Effektivnoe upravlenie gibridnoy sistemoy
generatsii i raspredeleniya elektroenergii pri dvizhenii avtonomnogo neobitaemogo
podvodnogo apparata [Effective control of a hybrid system of generation and distribution of
electricity during the movement of an autonomous unmanned underwater vehicle], Problemy
upravleniya [Control problems], 2020, No. 4, pp. 70-80.
11. Tomas Kormen, Charl'z Leyzerson, Ronal'd Rivest, Klifford Shtayn. Algoritmy. Postroenie i
analiz [Algorithms. Construction and analysis]. Moscow: OOO «I.D. Vil'yams», 2013, 1328 p.
12. Dijkstra E.W. A Discipline of Programming. Prentice-Hall, 1976, 217 p.
13. Dijkstra E.W. A note on two problems in connexion with graphs (eng.), Numer. Math.. 1959,
Vol. 1, Iss. 1, pp. 269-271. ISSN 0029-599X;0945-3245. DOI:10.1007/BF01386390.
14. Anderson J.A. Discrete Mathematics with Combinatorics. 2nd ed. Prentice Hall, 2003.
15. Levitin A. Introduction to the design & analysis of algorithms. 3rd ed. Addison-Wesley, 2012.
16. Dial Robert B. Algorithm 360: Shortest-path forest with topological ordering [H], Communications
of the ACM, 1969, No. 12 (11), pp. 632-633. DOI: 10.1145/363269.363610.
S2CID 6754003.
17. Fredman Michael Lawrence, Tarjan Robert E. Fibonacci heaps and their uses in improved
network optimization algorithms, 25th Annual Symposium on Foundations of Computer Science.
IEEE. 1984, pp. 338-346. DOI: 10.1109/SFCS.1984.715934.
18. Fredman Michael Lawrence, Tarjan Robert E. Fibonacci heaps and their uses in improved
network optimization algorithms, Journal of the Association for Computing Machinery, 1987,
Vol. 34 (3), pp. 596-615. DOI: 10.1145/28869.28874. S2CID 7904683.
19. Zhan F. Benjamin, Noon Charles E. Shortest Path Algorithms: An Evaluation Using Real Road
Networks, Transportation Science, 1998, Vol. 32 (1), pp. 65-73. DOI: 10.1287/trsc.32.1.65.
S2CID 14986297.
20. Leyzorek M., Gray R.S., Johnson A.A., Ladew W.C., Meaker Jr., S.R., Petry R.M., Seitz
R.N. Investigation of Model Techniques – First Annual Report – 6 June 1956 – 1 July 1957.
– A Study of Model Techniques for Communication Systems. 1957. Cleveland, Ohio: Case
Institute of Technology.
21. Martynova L.A. Matematicheskaya model' gibridnoy sistemy energoobespecheniya
avtonomnogo neobitaemogo podvodnogo apparata bol'shoy dal'nosti [Mathematical model of a
hybrid system of energy supply of an autonomous unmanned long-range underwater vehicle],
Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2019, No. 1
(203), pp. 223-238.
22. Kiselev N.K., Martynova L.A., Pashkevich I.V. Matematicheskaya model' funktsionirovaniya
gibridnoy sistemy energoobespecheniya v sostave stenda otladki i soprovozhdeniya ANPA
[Mathematical model of the functioning of the hybrid power supply system as part of the AUV
debugging and maintenance stand], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU.
Engineering Sciences], 2020, No. 1, pp. 170-187.
23. Martynova L.A., Grinenkov A.V., Pronin A.O., Kulikovskikh Yu.V. Imitatsionnoe
modelirovanie funktsionirovaniya mul'tiagentnoy sistemy upravleniya avtonomnogo
neobitaemogo podvodnogo apparata [Simulation modeling of the functioning of a multiagent
control system of an autonomous unmanned underwater vehicle], Tr. Vos'moy
Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Imitatsionnoe modelirovanie. Teoriya i
praktika» (IMMOD-2017) [Proceedings of the Eighth All-Russian Scientific and Practical
Conference “Simulation. Theory and Practice "(IMMOD-2017)]. Saint Petersburg: Izd-vo
VVM, 2017, pp. 474-479.
24. Bykova V.S., Martynova L.A., Mashoshin A.I., Pashkevich I.V. Dispetcher mul'tiagentnoy
sistemy upravleniya avtonomnogo neobitaemogo podvodnogo apparata: struktura, algoritmy,
rezul'taty modelirovaniya [Dispatcher of a multi-agent control system of an autonomous uninhabited
underwater vehicle: structure, algorithms, simulation results], Giroskopiya i
navigatsiya [Gyroscopy and navigation], 2020, Vol. 28, No. 3 (110), pp. 109-121.
Опубликован
2022-03-02
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ II. УПРАВЛЕНИЕ В АВИАЦИОННЫХ, РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ И ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМАХ